bugatti chiron air wind tunnel

Σε αυτή την σειρά των άρθρων είπαμε κάποια εντελώς βασικά πράγματα περί αεροδυναμικής. Ο στόχος όλων των άρθρων είναι η κατανόηση της βασικής αρχής λειτουργίας. Μέσα από αυτή την κατανόηση καλό είναι να διαλύουμε και κάποιους μύθους ή παρανοήσεις που συχνά μπορεί να υπάρχουν. Όσο αφορά την αεροδυναμική, η αρχή λειτουργίας είναι λίγο μπελάς αλλά με λίγη προσοχή, δεν νομίζω να σε δυσκόλεψε και όσον αφορά τους μύθους είμαι σίγουρος ότι πλέον, η τοποθέτηση μιας ”αεροτομής” σε μέγεθος και σχήμα τραπεζαρίας έξι ατόμων, καταλαβαίνεις ότι αν δεν είναι προϊόν σοβαρής μελέτης μόνο προβλήματα δημιουργεί. Στο σημερινό bonus άρθρο, θα δούμε και μερικά εξαιρετικά ενδιαφέροντα πράγματα τα οποία δεν μπήκαν στα βασικά άρθρα γιατί θεώρησα ότι θα ήταν κουραστικά και έξω από το πνεύμα της βασικής κατανόησης.

Αεροτομές με κάθετα άκρα

Θα έχεις παρατηρήσει ότι σε όλες τις σοβαρές αγωνιστικές αεροτομές κάνουν δύο βασικά πράγματα. Το ένα είναι να βάζουν την αεροτομή πιο ψηλά και το δεύτερο είναι να προσθέτουν κάθετες επιφάνειες στα άκρα. Το πρώτο είναι πλέον εύκολο να το καταλάβεις. Μετά τον ουρανό του αυτοκινήτου όπου ο αέρας ρέει σχεδόν γραμμικά, θα πρέπει να στρίψει προς τα κάτω στο πίσω τζάμι. Αν η στροφή είναι πολύ απότομη θα έχουμε και μεγάλη δημιουργία δινών. Ο αέρας που χτυπάει μια χαμηλά τοποθετημένη αεροτομή είναι ο λεγόμενος ”dirty air” καμία σχέση με τον ”dirty Χάρη”. Για να τον αποφύγεις πας πιο ψηλά, όπου ο αέρας έχει πιο γραμμική ροή άρα και μεγαλύτερη ταχύτητα. Μην ξεχνάς ότι η γρήγορη πλευρά της αεροτομής μας είναι η κάτω πλευρά. Η τοποθέτηση των κάθετων επιφανειών στα άκρα γίνεται για λόγους “στεγανοποίησης”.

trailing-vortices

Στην εικόνα είναι ένα φτερό από μπροστά. Το ίδιο συμβαίνει και στις αεροτομές, μόνο που είναι τοποθετημένες ανάποδα. Από το σχήμα και μόνο αν πρόσεχες στα πρώτα άρθρα τώρα κατάλαβες το γιατί. Για να σταματήσει αυτή η διαρροή πίεσης, άρα και αέρα ανάμεσα στις δυο πλευρές, βάζουν κάθετες επιφάνειες στα άκρα. Η εμπορική αεροπλοΐα τα σνομπάριζε αλλά νομίζω ότι μετά το A 380 όπου είδαν και μείωση της κατανάλωσης τώρα θεωρείται must.

Αεροτομές σε σειρά

F1_rear_wings
Έχεις μάθει πλέον ότι σε γενικές γραμμές αν η γωνία α ξεπεράσει τις 15 μοίρες το φτερό γίνεται αερόφρενο. Μετά τις 15 μοίρες ΑοΑ ( Ange of Attack) η άντωση μειώνεται απότομα και η drag αυξάνεται απότομα. Στην F1 έχουμε πολύ λίγους και εύκολα κατανοητούς κανόνες από όσους έχουν τρία πτυχία μηχανολογίας και ένα νομικής. Μιας και δεν μπορείς να βάλεις όσα τετραγωνικά αεροτομών θέλεις, πρέπει να βρεις ένα άλλο τρόπο για να στριμώξεις μια αεροτομή που θα παράγει περισσότερη αρνητική άντωση στα ίδια τετραγωνικά.

Πρέπει να βρουν ένα τρόπο να αυξήσουν την ΑοΑ χωρίς να στολάρει. Αυτό γίνεται κόβοντάς την σε μικρότερα κομμάτια. Αν η αεροτομή ήταν ενιαία θα είχαμε αποκόλληση της ροής περίπου εκεί που ξεκινάει η δεύτερη, η αποκόλληση – σε περίπτωση που ξεχάστηκες – μας ενδιαφέρει στο γρήγορο μέρος της αεροτομής που είναι το πίσω μέρος. Βάζοντας αυτό το άνοιγμα, δίνουμε περισσότερη ενέργεια στο πίσω οριακό στρώμα για να μην αποκολληθεί. Φυσικά το ίδιο γίνεται βάζοντας και άλλες αεροτομές στην σειρά. Στο τελείωμα της αεροτομής  κυρίως στην πίσω θα δεις και κάτι κάθετες επιφάνειες σε σχέση με το φτερό. Αυτά είναι τα Gurney flaps.

Δυστυχώς αδυνατώ να σου περιγράψω με απλά λόγια πως δουλεύουν γιατί είναι αρκετά μπερδεμένη κατάσταση. Σε γενικές γραμμές να σου πω ότι σχηματίζουν τρεις δίνες, μία μπροστά πάνω στο φτερό και δυο πίσω από το φτερό με τέτοιο τρόπο ώστε να αυξάνουν την κάθετη δύναμη χωρίς να προσθέτουν πολύ drag. Αυτό που πρέπει να θυμάσαι από τα Gurney, είναι ότι δεν είναι πανάκεια και ότι το μέγεθός τους είναι πάντα ανάλογο του μήκους του φτερού. Κάπου 0,5 – 5% μήκος σε σχέση με το φτερό  είναι που δουλεύουν. Προσοχή λοιπόν στο μήκος γιατί έχω δει κάτι after market Gurney flaps με ύψος που αντί για Gurney flaps θα έπρεπε να τα λένε  sheep hedges.

Vortex Generators

Vortex_Generators

Στην αρχή του φτερού ο αέρας έχει την περισσότερη ενέργεια. Σκέψου το σαν ένα συμπιεσμένο ελατήριο. Όσο πάμε προς τα πίσω η ενέργειά του μειώνεται. Σαν να αποσυμπιέζεις το ελατήριο. Αν η ενέργειά του πέσει πάρα πολύ έχουμε αποκόλληση. Σαν να άφησες εντελώς το ελατήριο. Αν παράξεις μικρούς ανεμοστρόβιλους στην αρχή του φτερού αυτό οι ανεμοστρόβιλοι θα ακολουθήσουν την πορεία του φτερού πατώντας προς τα κάτω το ελατήριο και έτσι θα καθυστερήσεις την αποκόλληση.

Όπως μας είπε ο sotirisb ”αφαιρούν το στάσιμο layer πάνω από το φτερό και καθυστερούν το stall. Προκαλούνται επίτηδες στα φτερά πολλών μαχητικών (με vortex generators) κάποια από τα οποία μπορούν να φτάσουν τις 60 μοίρες angle of attack και το φτερό να μη στολαρει.” και ”τα vg μπορούν να έχουν διαφορά σχήματα (συνήθως είναι μικρά και αιχμηρά) ή μπορεί να μην είναι εύκολα αντιληπτά (πχ να χρησιμοποιείται ή άκρη ενός φτερού της μπροστινής αεροτομής σε ένα αυτοκίνητο Formula 1 ως vg ή κάποιο άλλο μέρος που έχει άλλο πρωταρχικό σκοπό).

Τα πιο εμφανή vg θα τα δεις στην F1 δεξιά και αριστερά από το κράνος του Alonso ή του Massa πάνω από τους αεραγωγούς, είναι αυτά τα κερατάκια. Η Mercedes χρησιμοποιεί αεροτομή σε εκείνο το σημείο και η Red Bull ακολουθώντας κατά γράμμα την  ιδιοφυΐα του Αδριανού δεν έχει κάτι. Ο δεύτερος λόγος που χρησιμοποιούνται τα vg’s είναι η ”στεγανοποίηση” . Ότι κάνουν οι κάθετες πλευρές στην άκρη της αεροτομής που είδαμε στην αρχή ή ότι έκανε η Lotus με τα πλαϊνά προστατευτικά που είδαμε στο τρίτο μέρος. Πάλι χάρις την συνεισφορά του sotirisb έχουμε ένα πολύ ωραίο video του πως ο Αδριανός ο νεότερος χρησιμοποιεί ένα vg στο μπροστινό φτερό και σε συνδυασμό με κάποιες άλλες επιφάνειες στεγανοποιεί το πάτωμα της  Red Bull , προστατεύει τους αεραγωγούς αλλά και το σώμα του μονοθεσίου από τις δίνες των ελαστικών.

Τα vg μπορούν να έχουν ακόμα πιο περίεργα σχήματα. Όπως είναι οι οπές σαν βράγχια στα πλαϊνά των κάθετων επιφανειών που στηρίζουν την πίσω αεροτομή. Μόνο μην με ρωτήσεις σε τι χρησιμεύουν γιατί δεν έχω ιδέα.

Βράγχια

porsche2016_LMP1

Θα τα δεις κυρίως στα LMP1 πάνω από τους θόλους τον τροχών . Η δουλειά τους είναι να αφαιρούν τον αέρα που συσσωρεύεται στους θόλους από την περιστροφική κίνηση των τροχών ή αν είσαι ο  Chriss Harris για να βγαίνει ο καπνός από τα λάστιχα της  F12 όταν ντριφτάρεις.

Στην F1 θα τα δεις πάνω από τους αεραγωγούς όταν κάνουν κοντινά στο κράνος του οδηγού. Την ίδια δουλειά κάνουν και εκεί αλλά αφορά τον αέρα που συσσωρεύεται στα ψυγεία. Ο συσσωρευμένος αέρας δημιουργεί υψηλή πίεση άρα και άντωση σε εκείνο το σημείο, για αυτό το λόγο μπαίνουν αυτά τα ανοίγματα. Μπορεί να τα δεις πάνω στο καπό του αυτοκινήτου αλλά εκεί κάνουν άλλη δουλειά.

Στα δικά μας αυτοκίνητα ο ζεστός αέρας από την μηχανή φεύγει από το πάτωμα. Στα αγωνιστικά ή έστω σε αυτά που έχουν ground effect το πάτωμα είναι κλειστό γιατί ο αέρας του μηχανοστασίου είναι dirty air. Οπότε για να ανασάνουν ανοίγουν διόδους για τον ζεστό αέρα στο καπό.

Διαχύτες

image-13-2000x1125

Πρώτα όμως λίγα για την  μπροστινή αεροτομή μιας και μαζεύει αέρα για το πάτωμα του αυτοκινήτου. Γι’αυτό στην F1 το πρώτο φτερό από την μπροστινή αεροτομή δεν έχει μεγάλη κλίση. Στο πρώτο video του άρθρου, χορηγία του val.bouk, αυτό που κάνει η μπροστινή αεροτομή, εκτός από να εξιτάρει την γιαγιά μου να βάλει ένα σεμεδάκι, είναι για να μεγαλώνει το πάτωμα του αυτοκινήτου φέρνοντας το κέντρο των αεροδυναμικών πιέσεων πιο μπροστά. Αν και στην θεωρία γίνανε όλα σωστά, με το που μπήκανε να το μετρήσουν – ζυγίσουν στην αεροδυναμική σήραγγα, φάνηκε και πόσο δύσκολο πράγμα είναι το σωστό αεροδυναμικό ζύγισμα και το πως και η παραμικρή λεπτομέρεια μπορεί να έχει τεράστιες διαφορές. Άλλος ένας λόγος για να εκφράσω την αντιπάθειά μου προς όλες τις ”Ναούμε ρέισινγκ” της γειτονιάς, που μαζί με πατάκια αυτοκινήτων πουλάνε και θαυματουργές αεροτομές. Μετά το πάτωμα φτάνουμε και στον διαχύτη. Η δουλειά του είναι να βοηθάει τον γρήγορο αέρα από το πάτωμα του αυτοκινήτου να φεύγει με την μεγαλύτερη δυνατή άνεση. Αν το πάτωμα τελείωνε απότομα, ακριβώς από πάνω θα σχηματίζονταν πολλές δίνες. Για αυτό τον λόγο έχει μια κλίση προς τα πάνω για να βοηθάει τον αέρα να φεύγει. Οι κάθετες επιφάνειες που έχουν σε τι χρησιμεύουν; Θα σου πω την άποψη μου αλλά μην το δέσεις και κόμπο.

Αυτό που νομίζω ότι κάνουν είναι να λειτουργούν ως vg για να προστατέψουν την ροή του αέρα από τα ελαστικά. Να σου ξεκαθαρίσω ότι υπάρχουν και άλλες θεωρίες για το τι κάνουν αλλά ώσπου να μου απαντήσει στις αναπάντητες ο Αδριανός ή έστω ο Τομπάζης επέτρεψε μου να έχω αυτή την άποψη. Ένα ταχύπλοο σε μία λίμνη. Όπως προχωρά αφήνει ένα ίχνος σε σχήμα τριγώνου. Τα άκρα του τριγώνου, για χάριν ευκολίας , ας θεωρήσουμε ότι είναι δίνες . Ότι είναι μέσα στο τρίγωνο είναι dirty air. Το ίδιο κάνουν και τα λάστιχα. Τα μπροστινά λάστιχα τα διαχειρίζεται η μπροστινή αεροτομή προσπαθώντας να καθαρίσει – απομακρύνει από το σώμα του μονοθεσίου τις δίνες και τα απόνερα. Τα πίσω λάστιχα τα διαχειρίζεται ο διαχύτης. Τα πίσω λάστιχα με τα δύο τρίγωνα που δημιουργούν στενεύουν το πέρασμα του αέρα που βγαίνει από τον διαχύτη. Στα κάτω άκρα των κάθετων επιφανειών του διαχύτη, δημιουργούνται δίνες οι οποίες συγκρούονται με τις δίνες των ελαστικών κρατώντας τες από το να εισέλθουν στον χώρο που εκτονώνεται  ο αέρας του πατώματος. Στα σχόλια έχουμε άπειρο χώρο να το συζητήσουμε με την προϋπόθεση να το κάνουμε πολιτισμένα.

Αυτά από εμένα και κάπου εδώ νομίζω ότι έχουμε καλύψει σχεδόν όλα τα βασικά ζητήματα ενός πάρα πολύ πολύπλοκου θέματος. Ελπίζω τουλάχιστον να βοήθησα να γίνει λίγο πιο ενδιαφέρουσα η θέαση ενός αγώνα F1. Δεν έχουμε που δεν έχουμε μάχες, ας παρατηρούμε καλύτερα τον σχεδιασμό των μονοθέσιων.